Составление электронных и молекулярных уравнений реакций. Уравнение Нернста (Nernst)

Решение задач по химии на составление электронных и молекулярных уравнений реакций окисления

Задание 241. 

В два сосуда с голубым раствором медного купороса поместили в первый цинковую пластинку, а во второй серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадает? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующей реакции.

Решение:
Стандартные электродные потенциалы цинка, меди и серебра соответственно равны -0,76 В, +0,34 В и +0,80 В. Исходя из того, что цинк имеет более электроотрицательный потенциал, чем медь, то между цинком и медным купоросом проходит реакция (цинк вытесняет медь из соли), и раствор соли при этом обесцвечивается, так как образуется бесцветный сульфат цинка:

Электронные уравнения процесса:

Ионно-молекулярное уравнение:

Zn₀ + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu⁰

Молекулярное уравнение процесса:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

Серебро, имея более электроположительный потенциал, чем медь не способно вытеснять ионы меди из сульфата меди, поэтому раствор медного купороса, с опущенной в него серебряной пластинкой, не обесцвечивается.  

Задание 242.
Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) CuSO₄; б) МgSO₄; в) Рb(NO₃)₂? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
Решение:
а) Стандартные электродные потенциалы цинка и меди соответственно равны -0,76 В и +0,34 В. Исходя из того, что цинк имеет более электроотрицательный потенциал, чем медь, то между цинком и медным купоросом проходит реакция (цинк вытесняет медь из соли), и раствор соли при этом обесцвечивается, так как образуется бесцветный сульфат цинка, а  цинковая пластинка будет уменьшаться по массе:

Электронные уравнения процесса:

 Ионно-молекулярное уравнение:

Zn⁰ + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu⁰

Молекулярное уравнение процесса:

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

 б) Так как стандартный электродный потенциал цинка (-0,76 В) больше, чем стандартный электродный потенциал магния (-2,36 В), то цинк не способен вытеснять магний из растворов его солей, поэтому цинковая пластинка останется без изменений.

 в) Так как стандартный электродный потенциал цинка (-0,76 В) меньше, чем у свинца (-0,13 В), то металлический цинк будет обладать большими восстановительными способностями чем ионы Pb²⁺, и реакция будет протекать с растворением цинковой пластинки, т. е. её масса будет уменьшаться.

Электронные уравнения процесса:

Ионно-молекулярное уравнение:

Zn⁰ + Pb²⁺ = Zn²⁺ + Pb⁰

Молекулярное уравнение процесса:

Zn + Pb(NO₃)₂ = Zn(NO₃)₂ + Pb

Задание 243.
При какой концентрации ионов Zn²⁺ (в моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала? Ответ: 0,30 моль/л.
Решение:
Найдём значение электродного потенциала цинка в растворе его соли:

  — стандартный электродный потенциал цинка.

Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

Е⁰ – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность). Так как уменьшение потенциала цинка равно 0,015 В, то используя уравнение Нернста, получим выражение для расчета концентрации ионов цинка в растворе:

Ответ: 0,30 моль/л.

Задание 244.
Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами:
а); AgNO₃; б) ZnSO₄; в) NiSO₄? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
Решение:
а) Стандартные электродные потенциалы кадмия и серебра соответственно равны -0,403 В и +0,80 В. Исходя из того, что кадмий имеет более электроотрицательный потенциал, чем серебро, то между кадмием и нитратом серебра проходит реакция (кадмий вытесняет серебро из соли), и кадмиевая пластинка при этом будет уменьшаться по массе.

Электронные уравнения процесса:

 Ионно-молекулярное уравнение:

Cd⁰ + 2Ag⁺ = Cd²⁺ + 2Ag⁰

Молекулярное уравнение процесса:

Cd + 2 АgNO₃ = Cd(NO₃)₂ + 2Ag

б) Так как стандартный электродный потенциал кадмия (-0,403 В) больше, чем стандартный электродный потенциал цинка (-0,76 В), то кадмий не способен вытеснять цинк из растворов его солей, поэтому кадмиевая пластинка останется без изменений.

в) Так как стандартный электродный потенциал кадмия (-0,403 В) меньше, чем у никеля (-0,25 В), то металлический кадмий будет обладать большими восстановительными способностями чем ионы Ni²⁺, и реакция будет протекать с растворением кадмиевой пластинки, т. е. её масса будет уменьшаться.

Электронные уравнения процесса:

 Ионно-молекулярное уравнение:

Cd⁰ + Ni²⁺ = Cd²⁺ + Ni⁰

Молекулярное уравнение процесса:

Cd + NiSO₄ = CdSO₄ + N

Задание 245.
Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал -1,23 В. Вычислите концентрацию ионов Мn²⁺ (моль/л). Ответ. 1,89 . 10-2 моль/л.
Решение:
Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

Е⁰ – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность). Так как уменьшение потенциала цинка равно 0,015 В, то используя уравнение Нернста, получим выражение для расчета концентрации ионов Mn²⁺ в растворе:

Ответ. 1,89 ^. 10^-2 моль/л.